天津南港工业区用海方式合理性探讨

第11卷 第5期 中 国 水 运 Vol.11 No.5 2011年 5月 China Water Transport May 2011

收稿日期：2011-02-21

作者简介：赵英杰（1979-），男，黑龙江巴彦人，工程师，硕士，研究方向为海洋环境评价。 资金项目：天津科技支撑计划重点项目（07ZCKFSF02000）资助。

天津南港工业区用海方式合理性探讨

赵英杰

1，2

，刘宪斌1，刘爱珍2，张光玉2

（1天津科技大学，天津 300457；2交通运输部天津水运工程科学研究所 水路交通环境保护技术实验室，天津 300456）

摘 要：填海造陆可以增加沿海地区土地面积，满足区域经济发展用地的需求，同时也会改变区域的潮流运动特性，引起泥沙冲淤和污染物迁移规律的变化，对区域生态系统以及海洋产业也会产生不利影响。天津南港工业区总规划需填海造陆124km 2，由于占海面积很大，为了实现既满足区域经济发展要求，又尽量减少对海洋环境影响的目的，本文采取数值模拟的方法，通过填海造陆工程平面设计的三种主要方式对周边海洋水动力环境影响进行比较分析，同时，考虑经济方面因素，提出了适合南港工业区建设的用海方式-贴岸多突堤式的填海造陆方案。 关键词：天津；围海造陆；用海方式；合理性

中图分类号：U656.3 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2011）05-0049-04

随着沿海地区社会经济高速发展，人口迅速增加，对土地的需求迅速增长， 滨海地区的土地储备已远远不能满足需求，除加大对存量建设用地的挖潜力度， 提高土地资源集约利用水平外，围填海造陆已成为沿海地区解决土地资源紧缺问题的重要途径[1]。围填海造陆工程实施一方面可以增加土地面积，在一定程度上缓解建设用地紧张，满足区域经济发展用地的需求，另一方面通过出让土地获取土地收益增加财政收入，更为重要的是实施围填海造陆工程可以有效实现耕地的占补平衡[2]。

围填海造陆工程会直接改变区域的潮流运动特性，引起泥沙冲淤和污染物迁移规律的变化，减小水环境容量和污染物扩散能力，并加快污染物在海底积聚，对区域生态系统、防洪和航运造成影响[3]。部分围填海造陆工程破坏了海岸的地形地貌， 改变了海域的自然属性，破坏了滨海旅游资源。围填海会改变海岸的结构，减少海湾海水的面积和容量，影响潮差、水流和海浪[4]。围填海对海洋产业，如海洋渔业、海洋制盐业、滨海旅游业等产生不利影响[5]。日本从上世纪六七十年代开始大规模围填海造陆，从日本的围填海造陆的发展模式来看，已经出现海岸线资源缩减、海湾属性弱化、近岸海岛消失、渔业资源衰退、海洋污染加剧以及湿地功能退化等几个问题[6]。

根据《天津南港工业区总体规划》，天津南港工业区总规划范围约200 km 2。其中，围填海造陆124 km 2，南港工业区作为北方国际航运中心的重要组成部分，世界级重化工业基地和能源储备基地，对于区域经济的发展具有重要作用，为了既满足区域经济的发展要求，又尽量减少对海洋环境的影响，因此，选取合适的填海造地方式具有重要的意义。

一、围填海造陆工程平面设计的主要方式及其关注的主要问题

1．围填海造陆工程平面设计的主要方式 目前，国内外围填海造陆工程的主要方式包括： （1）人工岛式填海 采用人工岛式的填海造地，既可以最大限度地延长新形成土地的人工岸线，又可以不占用和破坏自然岸线。通过桥梁和隧道的方式连接人工岛与陆地，可以获得与延伸式填海造地同样便利的交通条件。在海域条件适合的地区，采用人工岛式填海造地应作为首选方式。

（2）多突堤式填海

对于因工程建设需要，必须利用岸线向海延伸的围填海造陆工程，要推广多突堤式填海工程平面设计。这种平面设计的填海工程可以达到节约使用自然岸线，延长新形成人工岸线的目的。除海域条件适合的地区外，延伸式填海造地工程应逐步做到全部采用多突堤式平面设计。

（3）区块组团式填海

对于面积较大、用途多样性的围填海造陆项目，可采用区块组团式填海造地方式。根据用途需要，必须利用岸线的部分，采用多突堤式填海方式；可以不利用岸线的部分，采取人工岛式的填海方式。将多突堤填海和人工岛式填海组合，可以实现上述两种填海方式的优势互补。

2．填海应关注的主要问题

填海造地工程的平面设计，应当以贯彻科学发展观为指导，以集约、节约使用海域空间资源、保护海洋生态和环境为目标，以少占用岸线长度、增加岸线长度及曲折度、水流交换及填海工程实施后的经济效益等为评判指标，对填海工程选址、平面设计方案进行充分论证。

填海造陆的平面设计应当在遵循保护自然岸线、延长人工岸线等原则基础上，根据海岸自然情况，因地制宜地确定填海造地的方式。一般情况下，平面设计要体现离岸、多区块和曲线的设计思路，核心是由海岸向海延伸式填海逐步转变为人工岛式和多突堤式填海，由大面积整体式填海逐步转变为多区块组团式填海。

二、规划用海方式合理性比较分析

纵观天津海域海岸线，北至中心渔港，南至临港产业园区，已经布局建设中心渔港、中新生态城、东疆港区，现有

50 中 国 水 运 第11卷 天津港、临港工业区、临港产业区等，均有相应的功能定位。为了满足建设世界级重、化产业和港口综合体，同时又能满足重化工区远离中心城区和居民集中居住区的要求，目前天津沿海也仅剩下独流减河以南的岸线可以满足区域建设的要求。

本次规划用海采用多突堤方式进行用海，规划用海区占用自然岸线9.75km，工程建成后将形成港口岸线17.1 km，保证了近期工程所依托的港口条件，也保证了规划工业区可持续发展的岸线资源。已经达到了节约使用自然岸线，延长新形成土地人工岸线的目的，因此，本次重点对多突堤用海方式和人工岛式填海进行比较分析。

1．从水动力影响方面分析

由于规划区域北侧为独流减河，南侧为青静黄排水渠河口，考虑区域的特殊性，改变平面布置方案势必会对两侧的行洪产生不利影响，因此，比选方案为平面布置方案不变，整体向外海平移。为了满足人工岛对于水深的要求，根据规划所在区域的水深条件，将多突堤式填海与离岸水深为2 m 和3 m 两种人工岛方案进行比较分析。

（1）水动力影响预测模型及验证 1）潮流数学模型 ① 基本方程

该模型采用二维潮流连续方程和运动方程。 连续方程为：

0=∂∂+∂∂+∂∂y Hv

x Hu t η （1） 运动方程为：

022

2

=++−∂∂+∂∂+∂∂+∂∂H

C v u u g fv x g y u v x u u t u η （2）

022

2=+++∂∂+∂∂+∂∂+∂∂H C v u v g fu y g y v v x v u t V η （3） 式中：

η：水位；

H：水深，η+=h H ，h 为海底到静止海面的距离； u、v：分别为沿x、y 方向的垂线平均流速分量；

f：柯氏力系数，φωsin 2=f ，其中ω是地转角速度，φ是地理纬度；

C：谢才系数，它与曼宁数M 的关系为6/1h M C ×=； t：时间； g：重力加速度。

方程（1）、（2）、（3）构成了求解潮流场的基本控制方程。为了求解这样一个初边值问题，必须给定适当的初始条件和边界条件。

② 边界条件

在本研究采用的数值模式中，需给定两种边界条件，即闭边界条件和开边界条件。

开边界条件：

所谓开边界条件即水域边界条件，在此边界上，或者给定流速，或者给定潮位。本研究中开边界给定潮位，即：

),,(t y x ηη= （4）

闭边界条件：

所谓闭边界条件即水陆交界条件。在该边界上，水质点

的法向流速为0，即：

0=n V （5） 初始条件

),(),,(00y x u t y x u =

)

,(),,(00y x v t y x v =

),(),,(00y x t y x ηη=

式中，0u 、0v 、0η分别为初始流速和潮位。本文给定计算初始时刻的潮位值。

2）海域流场模拟与验证 ① 资料选取及控制条件

为了保证局部流场计算符合潮流场的整体物理特性，采用三层嵌套方式进行计算，三个模型分别为渤海、渤海湾和天津港及附近区域。在潮流计算模型的开边界采用潮位控制。其中，渤海大区域的边界水位由烟台港和大连港两个验潮站的潮位资料插值得到。在渤海潮流计算后，渤海湾、天津港附近区域的潮流场计算中，潮位边界条件均由上一层模型的计算结果提供。

模型计算大、中区域地形分别采用相应海图中的数据，小范围计算采用工程附近的实测地形。本文天津港附近计算域北界至曹妃甸，西南至歧口，取80×83 km 的南北向矩形区域，总面积约6640 km 2，本计算域基本上将规划用海及可能受到影响的区域都包括在内，计算网格尺度采用120 m ×120 m 的固定网格，工程附近局部范围计算域取49×29 km 的南北向矩形区域，网格尺度采用40 m ×40 m 的固定网格。

② 计算方法

本数值模拟采用ADI 法，对计算区域直接进行离散剖分及计算。在前半时间步长，连续方程（1）式和动量方程的x 分量（2）式用隐式求解，而动量方程的Y 分量（3）式用显式求解；在后半时间步长，连续方程（1）式和动量方程的y 分量（3）式用隐式求解，而动量方程的x 分量（2）式用显式求解。在每个半时间步长，产生一个只包含水位点的三对角线性方程组，并用Thomas 算法求解。

③ 模型验证

计算资料采用2008年7月大、小潮的现场实测资料，对潮位、流速和流向进行了验证。从验证结果看，各测站计算值与实测值基本一致，潮位、流速和流向的变化过程也基本吻合，可见该模型所模拟的潮流运动基本能够反映出天津海域的水流状况可以作为进一步分析计算的基础资料。

3）潮流和泥沙特征 ① 潮流动力特征

采用上述潮流数学模型，计算了南港工业区附近海域的潮流场。该海域处于渤海湾西侧，潮流属于往复流性质，涨、落潮流向因受水深、地形等影响而有所不同。在近岸因受近岸浅滩的影响，涨落潮流流向较为分散。在-5 m 等深线其潮流运动涨、落潮流基本呈ENE～WSW 向的向岸、离岸运动，且流向相对集中。在-10 m 等深线，涨、落潮明显呈东西向的往复流运动。涨潮流主流向W，落潮流主流向E，落潮流历时大于涨潮流历时，涨潮流流速大于落潮流流速。工程附近海域最大流速约为0.35 m/s [7]。